張丹育(同方數(shù)字城市產(chǎn)業(yè)本部， 北京 100083)

1 引言

在當(dāng)今IT技術(shù)一日千里的時代，每天都在談?wù)撝朴嬎?、物?lián)網(wǎng)、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN，不過這些貌似都該是IT精英們的職責(zé)，很難與智能建筑系統(tǒng)集成商聯(lián)系在一起。精英們在以經(jīng)濟性、效率性及易用性等多個維度為坐標(biāo)的空間里，將這條IP曲線無限上揚，不斷地上演著一幕幕信息化產(chǎn)業(yè)巨變。從電話交換網(wǎng)絡(luò)的日益衰敗，我們可以看到通信網(wǎng)絡(luò)的未來，很快將是“everything over IP”的世界。然而在當(dāng)前的智能建筑領(lǐng)域，也來探討IP統(tǒng)一承載，是否還有些言之過早？

然而，銀行系統(tǒng)的安保主管抱怨說分行越來越多，圖像調(diào)用、檢索、回放越來越慢，各分行之間的設(shè)備大多不能兼容，系統(tǒng)擴展變得舉步維艱；大型醫(yī)院的院長前來咨詢，是否能將一期門急診、二期醫(yī)技樓、三期病房樓的不同傳輸架構(gòu)的弱電產(chǎn)品全部集成在一起協(xié)同工作；當(dāng)大規(guī)模建筑園區(qū)的業(yè)主提出他們的困惑，如此多的單體建筑、設(shè)備、入駐單位，以及如此多的個性化需求，如何實現(xiàn)并進行靈活有效的運維管理等等。其實這些問題都指向了同一個關(guān)鍵點，即建筑智能化系統(tǒng)傳統(tǒng)通信模式的變革時代，由工業(yè)總線網(wǎng)過渡到IP網(wǎng)絡(luò)，由各系統(tǒng)傳輸獨立組網(wǎng)到智能化業(yè)務(wù)統(tǒng)一融合承載的時代，已經(jīng)到來了。

從時下互聯(lián)網(wǎng)不可思議的成功中，我們完全可以獲得啟示──在通信承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上，簡單有效的業(yè)務(wù)模型和靈活的物理層設(shè)計最具有生命力[1]。因此，互聯(lián)網(wǎng)可以飛速蔓延到世界每個角落，越來越多的應(yīng)用被承載在IP網(wǎng)絡(luò)上，也促使著越來越多基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)應(yīng)用的新技術(shù)和新模式應(yīng)運而生，進一步將互聯(lián)網(wǎng)的用處放大到極致。下一代網(wǎng)絡(luò)NGN已經(jīng)被明確定義：泛指不同于目前一代的網(wǎng)絡(luò)，而是以IP技術(shù)為核心，可以同時支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的、開放的和融合的網(wǎng)絡(luò)。IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)強大到誰也無法阻擋它滲透到各行各業(yè)每一個領(lǐng)域的腳步，當(dāng)然，也包括建筑智能化領(lǐng)域。

IP網(wǎng)絡(luò)在高帶寬、經(jīng)濟性、協(xié)議開放和標(biāo)準(zhǔn)化等方面的突出優(yōu)勢，潛移默化地影響著建筑智能化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。上文提到的那些令業(yè)主和集成商頭疼的問題，唯有通過一個數(shù)字化、模塊化和高彈性的建筑智能化體系架構(gòu)才可以解決，而支撐這個功能體系架構(gòu)的通信平臺，正是一個完全融合的IP網(wǎng)絡(luò)。

2 融合的必然

確定了IP通信架構(gòu)，自然就面臨組網(wǎng)格局的選擇，是各子系統(tǒng)單獨組網(wǎng)，還是融合承載？

在建筑智能化子系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)及出入口控制系統(tǒng)等都是比較重要的子系統(tǒng)，其設(shè)備數(shù)量和成本均在整個智能化系統(tǒng)工程中占據(jù)較大份額。幾年前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以模擬監(jiān)控為主，攝像機與視頻矩陣之間的傳輸鏈路采用星形敷設(shè)的同軸電纜，樓宇控制系統(tǒng)和出入口控制系統(tǒng)基于工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以控制器之間的通訊方式均采用工業(yè)總線，如C-bus、CAN、FF及Modbus等。建筑物內(nèi)的智能化子系統(tǒng)各自搭建獨立的物理通信鏈路來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ?，在實際工程中已經(jīng)沿用了很多年。

如果智能化各子系統(tǒng)的通訊方式全部統(tǒng)一為IP模式后，仍然采用獨立的交換和傳輸設(shè)備，不僅會增加網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，還會因為設(shè)備數(shù)量的增多而增加運行維護的成本。尤其是對于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如果用其強大的交換能力僅僅去承載一個只有幾M甚至幾百K流量的智能化子系統(tǒng)，這無疑是對網(wǎng)絡(luò)資源的極大浪費，不符合綠色建筑的建設(shè)目標(biāo)。2010年1月，國務(wù)院召開常務(wù)會議，決定加快推進電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)融合。雖然建筑智能化IP網(wǎng)絡(luò)融合并不是指電信、廣電和互聯(lián)網(wǎng)的融合，但它們在本質(zhì)上是相同的，都是將多種業(yè)務(wù)流如視頻、語音、控制數(shù)據(jù)等整合在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸，最終的目標(biāo)也都是向全IP化演進。

“融合”的內(nèi)涵是豐富的，它可以是一種趨勢，也可以是一種技術(shù)實現(xiàn)手段，還可以是終端用戶的體驗。融合可以存在于網(wǎng)絡(luò)層(物理層)、業(yè)務(wù)層，甚至是運營層。在建筑智能化領(lǐng)域，融合的含義同樣是多層次的。隨著建筑物規(guī)模的園區(qū)化、企業(yè)的全球化，他們必須要在信息資源上進行跨區(qū)域的整合、并要求已有通訊架構(gòu)具備高度可擴展性，那么就需要一個互通互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)化通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享和即連即用，這屬于信息應(yīng)用層面的融合；隨著建筑物內(nèi)部弱電子系統(tǒng)越來越多，其傳輸方式林林總總，吊頂內(nèi)、豎井內(nèi)擁擠雜亂，同樣需要一個統(tǒng)一的傳輸承載網(wǎng)來實現(xiàn)“綠色”通信，這屬于物理通信平臺層面的融合；物業(yè)公司作為建筑智能化系統(tǒng)的管理方，更希望面對的是一種完全整合的建筑智能化集成管理平臺，簡單清晰的設(shè)備架構(gòu)，便于故障排查和日常運維，這屬于管理層面的融合。而所有應(yīng)用層和管理層的融合，最終都要依賴于“通信融合”這個基礎(chǔ)平臺。

目前，智能建筑行業(yè)產(chǎn)品的數(shù)字化技術(shù)已趨于成熟，隨之而來的工作就是廠商們逐步將產(chǎn)品傳輸架構(gòu)向IP網(wǎng)絡(luò)移植，大部分廠商已陸續(xù)推出不同深度的、基于IP架構(gòu)的產(chǎn)品和解決方案，并逐漸成為行業(yè)應(yīng)用主流。在這個大前提下，建筑智能化系統(tǒng)承載網(wǎng)絡(luò)走向融合，已經(jīng)成為一種必然的趨勢。

3 融合的難點

但是融合并沒有那么簡單。

由于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和IP技術(shù)發(fā)展太快，而且產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用往往會先于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺。因此，目前國內(nèi)外還鮮有書籍和文獻詳細探討建筑智能化的IP網(wǎng)絡(luò)融合，對于建筑智能化各子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流量特征也沒有任何量化的指標(biāo)進行描述。建筑智能化專業(yè)中很多子系統(tǒng)傳輸?shù)亩际嵌嗝襟w數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)不同，多媒體業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時、抖動和丟包非常敏感，更因為有些子系統(tǒng)(如緊急廣播、門禁等)關(guān)乎建筑物內(nèi)人員的生命財產(chǎn)安全，所以建設(shè)者和使用者會特別擔(dān)心這些系統(tǒng)在其承載網(wǎng)絡(luò)融合之后，能否被可靠傳輸。所以，要實現(xiàn)建筑物內(nèi)部真正的“一網(wǎng)到底”，我們還有很多問題需要探究。

1)首先，大部分的集成商和設(shè)計院對于近幾年涌入建筑智能化市場的IP產(chǎn)品其通訊的核心內(nèi)容并不了解，即各廠家產(chǎn)品的IP通信處于哪個層級，究竟是采用簡單的“隧道”技術(shù)(將原有非IP協(xié)議數(shù)據(jù)包通過PAD[2]轉(zhuǎn)換設(shè)備進行IP協(xié)議包封裝和拆裝)，還是采用真正意義上的標(biāo)準(zhǔn)化IP體系架構(gòu)進行成幀和傳輸管理，能否探知各廠家產(chǎn)品的流量特性，包括數(shù)據(jù)包大小、突發(fā)特性、流量路由、傳輸使用的端口、采用組播/單播方式等等。

2)其次，IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生之初，就是個不確定性網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用 “盡力而為”的服務(wù)模型以及FIFO的完全平等排隊原則，在傳輸時延和抖動方面的控制非常有限，使得這么多年來傳統(tǒng)以太網(wǎng)難以進入工業(yè)控制領(lǐng)域。建筑智能化中很多子系統(tǒng)都具有工業(yè)控制的“血統(tǒng)”，如樓宇自控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)……這些系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性要求高，對數(shù)據(jù)丟包敏感，而視頻類信息流具有相當(dāng)多的突變數(shù)組，比如多個I幀重疊，就好像是海浪，一旦在網(wǎng)絡(luò)上突發(fā)，勢必會影響到其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。由于擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和配置時自然會考慮增加帶寬，只要任何一條鏈路的可用帶寬遠遠大于平均的通訊負載，設(shè)計者就可以高枕無憂了?？蛇@違背了項目投資者的經(jīng)濟性意愿，也不符合我國大力提倡的節(jié)能環(huán)?；{(diào)。如何解決網(wǎng)絡(luò)配置中“大馬拉小車”的通病，設(shè)計一個經(jīng)濟合理的網(wǎng)絡(luò)配置方案，是我們所面臨的第二個問題。

3)最后，工程不是實驗品，來不得半點差池，沒有可靠的測量數(shù)據(jù)和實際應(yīng)用案例，一定不能應(yīng)用在工程上。由于智能建筑行業(yè)產(chǎn)品目前還處于模擬向數(shù)字化、總線網(wǎng)向IP網(wǎng)完全轉(zhuǎn)型的過渡時期，大部分工程尤其對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模較大的項目，仍采用各弱電子系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)單獨組網(wǎng)的保守模式。雖然近期有一些智能化項目陸續(xù)采用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)承載的技術(shù)架構(gòu)，但均因項目體量較小，無法向我們提供實際的工程數(shù)據(jù)支撐。加之建筑智能化系統(tǒng)眾多，迄今為止，也沒有任何一家廠商或集成商能夠客觀的提供各類業(yè)務(wù)流量的特征數(shù)據(jù)，以及統(tǒng)一承載后的傳輸質(zhì)量評價數(shù)據(jù)。

基于上述現(xiàn)狀，我們急需通過有效的實驗測試，拿到量化的數(shù)據(jù)。

對于建筑智能化網(wǎng)絡(luò)融合來說，如果網(wǎng)絡(luò)不能夠事先精確了解被承載系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特征，那么基于排隊、調(diào)度、帶寬的QoS標(biāo)準(zhǔn)就不可能被建立。因為只有看清被承載對象的數(shù)據(jù)特征和業(yè)務(wù)功能特征，才可以通過有針對性的QoS保障技術(shù)，實現(xiàn)建筑智能化IP網(wǎng)絡(luò)的可靠融合。然而建筑智能化產(chǎn)品大多為進口設(shè)備，國外廠商對國內(nèi)工程商的常規(guī)技術(shù)支持往往都是差強人意，更不要說涉及產(chǎn)品深層次技術(shù)問題的支持了?！芭c廠商溝通難”是建筑智能化融合所面臨的最大困擾。

要充分了解網(wǎng)絡(luò)上被承載的對象，我們還需要借助網(wǎng)絡(luò)廠商的支持，只有精通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廠商，才能為我們提供實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和有針對性的網(wǎng)絡(luò)模型部署。所以我們選擇H3C公司作為建筑智能化設(shè)備IP網(wǎng)融合承載實踐的合作伙伴，在對于智能建筑行業(yè)未來傳輸架構(gòu)的發(fā)展趨勢上，H3C公司與同方有著高度一致的觀點，并認(rèn)同論證的最佳手段就是實驗。

4 解決方案初探

實驗論證選取一個在建筑規(guī)模和使用功能上都較有代表性的實際工程(智能建筑領(lǐng)域最常見的辦公樓)，我們將其定義為“典型應(yīng)用場景”，并對所選取典型子系統(tǒng)的流量大小、流量特征進行深入分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合所選取的典型應(yīng)用場景的規(guī)模、點位及用戶使用需求特點等，完成相應(yīng)承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計；并通過1：1組網(wǎng)和流量模擬，在實驗室搭建高度仿真的系統(tǒng)模型，通過對火災(zāi)報警廣播、正常業(yè)務(wù)廣播、視頻集中調(diào)用、樓控系統(tǒng)實時狀態(tài)及報警上傳、門禁實時狀態(tài)上傳及異常報警等典型業(yè)務(wù)的模擬操作，測試各種業(yè)務(wù)場景是否完全正常運行，以證明所設(shè)計的智能化IP融合網(wǎng)絡(luò)在統(tǒng)一承載能力、網(wǎng)絡(luò)安全、流量優(yōu)先級策略等方面的設(shè)計切實有效。

經(jīng)過嚴(yán)格論證，制定了如下實驗方法和步驟：

1)典型項目場景選取

2)典型應(yīng)用系統(tǒng)選取

3)典型產(chǎn)品品牌選取

4)典型業(yè)務(wù)功能確定

5)模型化抽象、流量提取、設(shè)計與實驗驗證

其中第五步的具體實現(xiàn)工作方法為：

·需求分析

·流量采集

·方案設(shè)計

·方案驗證

最終我們選取了同方股份有限公司在2009年中標(biāo)的《中石油新疆烏魯木齊大廈》這個實際工程案例作為聯(lián)合試驗的典型應(yīng)用場景。實驗中涉及智能建筑中五大子系統(tǒng)：樓宇自控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、背景音樂及緊急廣播系統(tǒng)、多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)。為保證研發(fā)項目實施方法的科學(xué)性，實驗共分成兩期，分步實施的目的是能夠快速拿到階段性成果并進行分析和糾錯，從而讓二期的實驗更加有效，以降低實驗?zāi)芎暮惋L(fēng)險。

同方作為集成商，在最佳網(wǎng)絡(luò)融合實踐中處于承上啟下的位置，不僅要根據(jù)目前行業(yè)工程現(xiàn)狀來把控典型應(yīng)用場景的選取和智能化產(chǎn)品技術(shù)架構(gòu)的選擇，還要將建筑智能化各子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特性準(zhǔn)確的傳遞給H3C的研發(fā)人員，并且整合第三方廠商資源為實驗提供被測設(shè)備和深層次的技術(shù)支持，建立起智能化產(chǎn)品廠商和H3C之間的良好互動關(guān)系，保證整個實踐每個環(huán)節(jié)的順利實現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)最佳融合實踐持續(xù)近一年半的時間，測試結(jié)果和預(yù)期大體一致。通過測試獲得了所需要的各項信息，如：參與測試的廠商產(chǎn)品IP數(shù)據(jù)包的特征；參與測試的廠商產(chǎn)品通訊架構(gòu)中的全部數(shù)據(jù)流向路徑；建筑智能化子系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)融合的需求分析方法；建筑智能化系統(tǒng)IP承載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備配置方法以及建筑智能化系統(tǒng)IP承載網(wǎng)絡(luò)的QoS控制策略部署方法等。據(jù)此分析出五大子系統(tǒng)對IP融合承載網(wǎng)絡(luò)的需求，及同一承載網(wǎng)絡(luò)下各自的優(yōu)先級保障需求。

在測試完成之后，通過向未參加測試的主流廠商發(fā)放《需求分析模板》文件，獲取這些廠商的一部分IP通訊數(shù)據(jù)特征，包括采用Cobanet、Bacnet/IP協(xié)議的產(chǎn)品，同已測試產(chǎn)品進行比對，以提高實驗結(jié)論的通用性。本實踐中所采用的典型應(yīng)用場景原型——新疆中石油烏魯木齊大廈項目，進入調(diào)試階段后，也會提供實際的工程運行評價數(shù)據(jù)。

在測試中可以發(fā)現(xiàn)，目前網(wǎng)絡(luò)廠商的產(chǎn)品技術(shù)和QoS控制策略比較完善，對建筑智能化網(wǎng)絡(luò)的可靠融合是能夠保障的。而對于參測的智能化產(chǎn)品來說，由于弱電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合還處于探索階段，各弱電廠家的產(chǎn)品研發(fā)仍主要聚焦在其弱電功能實現(xiàn)上。傳統(tǒng)組網(wǎng)中各弱電設(shè)備均是專網(wǎng)保障，無需考慮統(tǒng)一承載，所以弱電產(chǎn)品廠商對自身設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)特性關(guān)注較少，其數(shù)據(jù)IP化也缺乏規(guī)范，常常是為了IP而IP，導(dǎo)致一些弱電設(shè)備在傳輸中對網(wǎng)絡(luò)資源的占用較大，或同一子系統(tǒng)中的不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流無法區(qū)分服務(wù)端口等等，均給智能化網(wǎng)絡(luò)融合帶來了一定的難度。但總體來說，這些問題都還可以通過VLAN、QoS保障策略來進行屏蔽，確保各業(yè)務(wù)的有序運行。

5 實踐的意義

希望通過實驗，能探究出不同子系統(tǒng)、不同品牌的產(chǎn)品，在IP通信層面的差異性和共性，以及網(wǎng)絡(luò)平臺對于建筑智能化系統(tǒng)的承載能力極限，用測試得出的量化數(shù)據(jù)對上述內(nèi)容進行描述，進而觸類旁通，形成系統(tǒng)的分析思路，最終提出不限于具體品牌的網(wǎng)絡(luò)融合解決方案。由于實際工程項目不可能窮盡，廠商產(chǎn)品也不可能窮盡，沒有也不可能找出一種萬能的網(wǎng)絡(luò)模型適用于所有建筑智能化項目，我們所希望的，是通過整個實踐過程，找到分析和解決“建筑智能化統(tǒng)一承載”問題的方法，這才是本項目的主旨所在。只有學(xué)會方法，才能讓系統(tǒng)設(shè)計人員面對不同的項目和不同的產(chǎn)品能提出有效的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。建筑工程從來都有著高度的可類比性，雖不能完全復(fù)制，但可以進行類比分析，在ISO9000質(zhì)量認(rèn)證體系中，也明確指出“類比法”是建筑工程最常用的設(shè)計評審標(biāo)準(zhǔn)。所以掌握分析“網(wǎng)絡(luò)融合承載”問題的方法，是這項網(wǎng)絡(luò)融合實踐的最大意義所在，而且隨著實驗的推進，測試數(shù)據(jù)的積累，經(jīng)驗的不斷豐富，這種意義也將越來越凸顯。

雖然在建筑智能化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)融合承載的道路才剛剛開始，但至少同方和H3C已經(jīng)在這方面沉淀了大量的技術(shù)資料和測試數(shù)據(jù)。目前網(wǎng)絡(luò)融合實踐引起了很多業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注，GB50314《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和GB50339《智能建筑工程質(zhì)量驗收規(guī)范》編制組成員還針對“建筑智能化網(wǎng)絡(luò)融合”實驗進行了專題的討論，并且在GB50339《智能建筑工程質(zhì)量驗收規(guī)范》的新版修編內(nèi)容中，已經(jīng)引入建筑智能化設(shè)備IP網(wǎng)絡(luò)整體規(guī)劃的思路和檢測規(guī)定。我們有理由相信，今天的一小步探索，會對促進和規(guī)范未來智能建筑領(lǐng)域的IP化發(fā)展起到很重要的作用。

任何一個小小的進步或是跨越，都不是一個人或是一組戰(zhàn)略的功勞，而是來自整個團隊的通力合作，而支撐我們克服所有困難、完成融合實踐的最大動力，是我們對網(wǎng)絡(luò)融合的堅定信念，所以在文章的最后，向項目小組每一位成員的辛苦付出致敬！

[1]美 Grenville Armitage.IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量—多業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]董春橋.智能樓宇BACnet原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.